双料斗皮带传输机控制.docx
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双料斗皮带传输机控制
电气控制与PLC课程设计
课题：
双料斗皮带传输机控制
系别：
电气与信息工程学院
专业：
自动化
姓名：
轩中哲翟重任
学号：
0924112（44）（50）
指导教师：
孙炳海董燕飞王整风任琦梅
河南城建学院
2014年6月13日
成绩评定·
一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
二、评分
课程设计成绩评定
成绩：
（五级制）
指导教师签字年月日
1引言
1.1设计目的...........................................1
1.2设计内容以及要实现的目标..........................1
2系统硬件设计
2.1硬件分析...........................................1
2.2硬件型号及结构....................................2
2.3PLC控制系统硬件设计...............................9
3系统软件设计
3.1故障程序流程图....................................11
4系统的调试及结果分析
4.2结果分析.........................................17
5课程设计心得
第一章、引言
1.1设计目的
皮带输送机是在输送设备中是最常用的一种传输机构。
该机种具有结构简单，经济方便，使用可靠，传输平稳，输送量大，效率高，低噪音等优点。
其形式多样，适用范围广，特别适合一些散碎原料与不规则物品的输送。
广泛应用于轻工，电子，食品，化工，木业，机械等行业。
本次课程设计，目的是通过对相应课题的设计及仿真掌握PLC的实际应用和软件的使用方法。
1.2设计内容以及要实现的目标
（1）工作方式。
根据配料比例的要求，KM2间断工作。
启动后，KM2打开5s，关闭5s，间断工作。
KM1、KM2、KM3、KM4、KM5为不间断工作，通过外部开关可以选择设置KM2的间断工作时间分别为5s、10s、15s。
（2）启动操作方式。
该设备遵循下面的顺序启动：
KM5首先工作，延时5s后，KM3和KM4投入工作；再延时5s，KM1和KM2开始工作。
（3）停止操作方式。
该设备遵循下面的顺序停止：
首先KM1和KM2停止工作，延时5s后，KM3和KM4停止工作，再延时5s，KM5停止工作。
（4）故障停车方式
①若KM1或KM2出现故障，KM1、KM2立即关闭，延时5s，KM3、KM4停止运行，再延时5s，KM5停止运行。
②若KM3或KM4出现故障，KM1、KM2和KM3、KM4立即停止工作，KM5延时5s后停止工作。
③若KM5出现故障，KM1、KM2、KM3、KM4、KM5立即停止工作。
第二章、系统硬件设计
2.1硬件分析
本次设计的课题为双料斗皮带输送机各段电机分别由接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5进行控制。
为了防止皮带输送机上物料堆积过多，该控制电路必须满足以下条件：
根据配料比例的要求，启动操作方式。
该设备遵循下面的顺序启动：
KM5首先工作，延时5s后，KM3和KM4投入工作；再延时5s，KM1和KM2开始工作。
工作方式。
根据配料比例的要求，KM2间断工作。
启动后，KM2打开5s，关闭5s，间断工作。
KM1、KM2、KM3、KM4、KM5为不间断工作，通过外部开关可以选择设置KM2的间断工作时间分别为5s、10s、15s。
停止时各接触器的断开必须与启动时顺序相反即该设备遵循下面的顺序停止：
首先KM1和KM2停止工作，延时5s后，KM3和KM4停止工作，再延时5s，KM5停止工作。
如果用继电回路能实现其目的，则该控制电路将使用多个时间继电器。
除启动和停止按钮外，另外使用的触点达20多个，联锁电路烦杂，其接线也比较复杂。
所以故障判断困难，检修不方便。
并且电路可靠性差，故障率较高。
从而使生产造成了很大的影响。
因此对其进行改造，采用先进的PLC控制。
随着PLC技术的飞跃发展，PLC系统已成为一种综合的控制系统，特别是PLC己经深入到智能控制领域中，如在机械手控制、机器人控制[8]、实现离散数学模型等方面都获得广泛应用，使PLC技术已大大超出了过去仅代替继电器电路的范畴。
PLC的输入输出功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出，从而使得PLC具备许多控制功能。
（1）取代继电器控制：
在灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、生产流水线等方面进行逻辑控制。
（2）过程控制：
对温度、压力、流量、物位高度等连续变化的物理量进行控制。
（3）位置、速度控制：
在机器人、机床、电机调速等领域进行位置、速度控制。
（4）数据监控：
在电力、自来水处理、化工、炼油、轧钢等方面进行数据采集、监控和控制。
（5）组成分散控制系统：
把PLC作为下位机，与上位机的计算机共同组成分散控制系统。
可以说PLC几乎应用到了工业控制的每一个领域，小到家庭的灯光照明，大到冶金、石化企业的生产过程都有PLC的应用。
2.2硬件型号及结构
2.2.1本设计选用三菱FX2N-64MR-001型PLC。
FX2N-64MR-001是FX2N系列中三菱PLCFX家族中最先进的系列。
有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。
PLC采用了典型的计算机结构，主要由CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等组成，如图2-1所示。
如果将PLC看作一个系统，该系统由输入变量和输出变量组成。
外部的各种开关信号、模拟量信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入到内部寄存器中，经PLC运算处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量。
PLC系统各部分的作用说明如下：
图2-1PLC结构简化框图
（1）中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
（2）存储器
存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息，PLC使用两种存储器：
ROM和RAM。
ROM中存放系统程序，包括检查档字、翻译程序和监控程序。
RAM中存放用户程序、逻辑变量和供内部程序使用的工作单元。
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
①系统程序存储器
该存储器存放系统程序（系统软件）。
系统程序是PLC研制者所编的程序，它是决定PLC性能的关键。
系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。
系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。
系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。
②用户程序存储器
该存储器存放用户程序（应用软件）。
用户程序是用户为解决实际问题并根据PLC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。
为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。
③变量（数据）存储器
变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、I/O寄存器、定时器/计数器中逻辑变量的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。
现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的CMOS-RAM及锂电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠性。
通常PLC产品资料中所指的内存储器容量，是针对用户程序存储器而言的，且以字（16位／字）为单位来表示存储器的容量。
（3）输入输出单元
输入单元是PLC与工业生产现场的被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。
输入接口的主要作用是接收指令元件，检测元件传来的信号。
输入接口采用光电耦合电路，目的是把PLC与现场电路隔离，提高PLC的抗干扰能力。
接口电路内部有滤波，电平转移及信号锁存电路。
各PLC生产厂家都提供了多种形式的I/O部件或模块供用户选用。
输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，负责把输出信号送给控制对象的输出接口。
输出接口电路一般由微电脑输出接口和功率放大电路组成，其作用将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。
输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。
输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。
（4）电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
2.2.2三菱FX定时器
PLC中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。
它可以提供无限对常开常闭延时触点。
定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。
但使用场合不一样，意义也不同。
FX2N系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。
它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。
设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。
1．通用定时器
通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。
通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。
（1）100ms通用定时器（T0～T199）共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。
这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.1～3276.7s。
（2）10ms通用定时器（T200～T245）共46点。
这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.01～327.67s。
2．积算定时器
积算定时器具有计数累积的功能。
在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。
（1）1ms积算定时器（T246～T249）共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.001～32.767s。
（2）100ms积算定时器（T250～T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.1～3276.7s。
2.2.3继电器
继电器（英文名称：
relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
电磁继电器工作原理图
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。
固态继电器（SSR）
固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。
按开关型式可分为常开型和常闭型。
按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。
热敏干簧继电器
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。
它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。
热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。
恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
磁簧继电器
磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管作动之继电器，
继电器产品展示（20张）
为一种线圈传感装置。
因此磁簧继电器之特征、小型尺寸、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。
当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候，发生动作，开通或者闭合电路。
由永久磁铁和干簧管组成。
永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。
以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。
由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下来。
这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。
磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置限制开关，也可以用以探测铁制门、窗等是否在指定位置。
光继电器
光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。
输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。
其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点…等。
主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备…等。
时间继电器
时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。
继电器（图2）
它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。
在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。
它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。
时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。
空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.4～60s和0.4～180s两种），它结构简单，但准确度较低。
当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。
但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。
经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。
从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。
延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。
吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。
空气经出气孔被迅速排出。
中间继电器
中间继电器的特点：
继电器采用线圈电压较低的多个优质密封小型继电器组合而成，防潮、防尘、不断线，可靠性高，克服了电
中间继电器样本图
磁型中间继电器导线过细易断线的缺点；功耗小，温升低，不需外附大功率电阻，可任意安装及接线方便；继电器触点容量大，工作寿命长；继电器动作后有发光管指示，便于现场观察；延时只需用面板上的拨码开关整定，延时精度高，延时范围可在0.02-5.00S任意整定。
中间继电器的用途：
中间继电器用于各种保护和自动控制线路中，以增加保护和控制回路的触点数量和触点容量。
中间继电器的分类：
低电流启动中间继电器
静态中间继电器
延时中间继电器
电磁型中间继电器
电梯用中间继电器
导轨式中间继电器
中间继电器原理
线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位，继电器的工作原理是当某一输入量（如电压、电流、温度、速度、压力等）达到预定数值时，使它动作，以改变控制电路的工作状态，从而实现既定的控制或保护的目的。
在此过程中，继电器主要起了传递信号的作用。
中间继电器的作用
一般的电路常分成主电路和控制电路两部分，继电器主要用于控制电路，接触器主要用于主电路；通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能，完成启动、停止、联动等控制，主要控制对象是接触器；接触器的触头比较大，承载能力强，通过它来实现弱电到强电的控制，控制对象是电器。
1.代替小型接触器
中间继电器的触点具有一定的带负荷能力，当负载容量比较小时，可以用来替代小型接触器使用，比如电动卷闸门和一些小家电的控制。
这样的优点是不仅可以起到控制的目的，而且可以节省空间，使电器的控制部分做得比较精致。
2．增加接点数量
这是中间继电器最常见的用法，例如，在电路控制系统中一个接触器的接点需要控制多个接触器或其他元件时而是在线路中增加一个中间继电器。
3．增加接点容量
我们知道，中间继电器的接点容量虽然不是很大，但也具有一定的带负载能力，同时其驱动所需要的电流又很小，因此可以用中间继电器来扩大接点容量。
比如一般不能直接用感应开关、三极管的输出去控制负载比较大的电器元件。
而是在控制线路中使用中间继电器，通过中间继电器来控制其他负载，达到扩大控制容量的目的。
4．转换接点类型
在工业控制线路中，常常会出现这样的情况，控制要求需要使用接触器的常闭接点才能达到控制目的，但是接触器本身所带的常闭接点已经用完，无法完成控制任务。
这时可以将一个中间继电器与原来的接触器线圈并联，用中间继电器的常闭接点去控制相应的元件，转换一下接点类型，达到所需要的控制目的。
5．用作开关
在一些控制线路中，一些电器元件的通断常常使用中间继电器，用其接点的开闭来控制，例如如彩电或显示器中常见的自动消磁电路，三极管控制中间继电器的通断，从而达到控制消磁线圈通断的作用。
6．转换电压
7．消除电路中的干扰
2.3PLC控制系统硬件设计
由上图可知，该双料斗皮带输送机控制装置的输入器件是启动按钮x000和停止按钮x001，表示故障或负载设定的A、B、C、D、E分别接主机输入点X2~X6，输出器件则是接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5。
根据要求，选用可编程控制器来实现对本系统的控制，主电路图及其I/O口分配及接线如图2-2所示。
图2-2输入输出配置
I/O输入输出分配如表2-1所示：
表2-1I/O分配表
启动按钮
SB1
X0
料斗底门故障或重载皮带A
SQ1
X2
料斗底门故障或重载皮带B
SQ2
X3
故障或重载皮带C
SQ3
X4
故障或重载皮带D
SQ4
X5
故障或重载皮带E
SQ5
X6
KM2间断工作选择5S
SQ6
Y2
KM2间断工作选择10S
SQ7
Y2
KM2间断工作选择15S
SQ8
Y2
停止按钮
SB2
X1
料斗A输出
KM1
Y1
料斗B输出
KM2
Y2
皮带C输出
KM3
Y3
皮带D输出
KM4
Y4
皮带E输出
KM5
Y5
第三章、系统软件设计
3.1故障程序流程图：
图3-1故障程序流程图
3.2PLC控制梯形图
（1）故障梯形图见附录1。
3.3PLC控制指令语句表
（1）故障控制指令助记符见附录2。
3.4皮带输送机控制仿真详解
（1）启动：
按下开始按钮SB1，皮带组开启，第三条皮带输出y5置位，开始运行。
线圈
M2得电，输入继电器Y5输出电压。
定时器T0输入为ON，开始延时，5秒后定时器T0延时结束。
常开线圈T0闭合，第一、二条皮带输出Y3\Y4置位，开始运行。
线圈Y3\Y4得电，T1输入为ON，开始延时，5秒后定时器T1延时结束。
常开线圈T1闭合，料斗底门KM1\KM2输出Y1\Y2置位，开始运行。
（2）停止：
按下停止按钮X1，料斗底门KM1\KM2输出Y1\Y2复位，停止运行。
定时器TIM02输入为ON，开始延时，5秒后定时器T2延时结束。
常开线圈T2闭合，第一、二条皮带输出Y3\Y4复位，停止运行。
TIM03输入为ON，开始延时，5秒后定时器T3延时结束。
常开线圈T3闭合，第三条皮带输出Y5复位，停止运行。
（3）故障：
料斗底门出现故障输入X1\X2高电平，料斗底门复位，停止运行。
定时器T2输入为ON，开始延时，5秒后定时器T2延时结束。
常开线圈T2闭合，第一、二条皮带输出Y3\Y4复位，停止运行。
TIM03输入为ON，开始延时，5秒后定时器T3延时结束。
常开线圈T3闭合，第三条皮带输出Y5复位，停止运行。
第一、二条皮带出现故障时输入X5\X6高电平，第一、二条皮带与料斗底门定时器T0复位，停止运行。
T7得电，开始延时，5秒后线圈M2得电，闭线圈M2断开，第三条皮带Y5停止运行。
第三条出现故障时输入X7高电平，料斗底门Y1、料斗底门Y2、第一条皮带Y3、第二条皮带Y4、第三条皮带Y5复位，停止运行。
（1）工作方式。
根据配料比例的要求，KM2间断工作。
启动后，KM2打开5s，关闭5s，间断工作。
KM1、KM2、KM3、KM4、KM5为不间断工作，通过外部开关可以选择设置KM2的间断工作时间分别为5s、10s、15s。
第四章、系统调试及结果分析
4.1系统调试
用软件编程完成后，先仔细检查程序是否有误，核对无误后再将程序下载至PLC。
下载成功后，先用模拟开关代替原电路中的输入器件，反复检查程序能否满足现场实际控制的要求；确认完全正确后，才能把它装入控制柜中，按图4-2所示连线并对控制柜进行良好接地。
主回路不须作任何改动，因主回路相对简单，五个器控制五台电机。
后通电试运行成功，圆满完成任务。
4.1.1PLC控制主程序STL图
4.1.2指令表
4.2结果分析
本文主要阐述PLC在皮带输送机控制系统的程序设计，文中详细介绍了系统的软硬件设计以及系统的设计方案，其中主要完成对软件的设计。
系统软件在实验室FX2N型PLC实验装置上进行了仿真，最终结果表明：
（1）利用PLC实现对皮带输送机系统的控制，方案合理可行；
（2）对PLC的选型和资源配置达到设计要求；
（3）系统软件在本实验室FX2N型PLC实验装置上仿真达到预期效果；
（4）本系统可适用于多级皮带控制系统，具有一定的工程实际意义。
第五章、课程设
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